els atoms per dins

 Editar 0 3…

Com són els àtoms per dins?

 OBJECTIUS

Amb l'estudi de la Unitat es pretenen aconseguir els següents objectius específics que concreten els objectius d'àrea:

1. Conéixer les primeres teories sobre la constitució de la matèria.

2. Enunciar els aspectes fonamentals de la teoria de Dalton.

3. Conéixer alguns cossos que adquirixen electricitat per fregament.

4. Identificar la naturalesa elèctrica de les partícules atòmiques i situar-les en l'àtom.

5. Reconéixer que la massa d'un electró és molt més xicoteta que la massa d'un protó o un neutró.

6. Explicar la composició del nucli atòmic i la distribució dels electrons en la corfa.

7. Explicar la diferència entre cossos carregats positivament i negativament.

8. Conéixer els conceptes de nombre atòmic, número màssic, massa atòmica i isòtop.

9. Comprendre la importància de l'última capa d'electrons.

CONTINGUTS

Els continguts de la unitat els podem dividir en conceptuals, procedimentals i actitudinals. Tots es detallen a continuació:

a)      Conceptes

o Discontinuïtat en els sistemes materials.

o Teoria atòmica de Dalton.

o Naturalesa elèctrica de la matèria.

o Components fonamentals de l'àtom.

   - Model atòmic de Thomson.

   - Model atòmic de Rutherford.

 o Identificació dels àtoms: Nombre atòmic i número màssic. Formació d'ions.

 o Isòtops. Massa atòmica relativa. o Configuració electrònica.

 o Altres models atòmics.

b)      Procediments

 o Identificació d'alguns processos en què es pose de manifest la naturalesa elèctrica de la matèria.

o Descripció de l'estructura atòmica dels primers elements.

o Utilització de les fonts habituals d'informació científica per a buscar dades i comprensió dels mateixos.

o Comparació entre les conclusions de les experiències realitzades i les hipòtesis formulades inicialment.

o Comentari de textos dels investigadors i científics que van desenrotllar els primers models atòmics.

c)      Actituds

o Verificació de la importància dels models i de la seua confrontació amb els fets empírics.

o Reconeixement i valoració del treball en equip en la planificació i realització d'experiències, assumint els diferents rols.

o Valoració de la provisionalitat de les explicacions com a element diferenciador del coneixement científic aplicat a l'àtom i com a base del caràcter no dogmàtic i canviant de la ciència.

PLANTEJAMENT DIDÀCTIC

La Unitat Didàctica triada, és la corresponent al Tercer Curs d'E.S.O. i la titularem: "L'àtom".

La discontinuïtat de la matèria i el concepte d'àtom són la clau per a entendre els continguts d'esta unitat. Es tracta de reforçar alguns continguts bàsics de Química que els alumnes i alumnes ja han estudiat en el primer cicle de l'ESO, com l'existència d'àtoms i la formació d'ions, i ampliar-los amb aspectes bàsics sobre els distints models atòmics. És fonamental insistir en les dimensions relatives del nucli i de l'àtom, perquè els alumnes admeten sense discussió que la major part de l'àtom està buida.

Quant al nivell i dificultat del tema, la divisibilitat de la matèria i els successius models atòmics no és quelcom immediat als sentits dels alumnes i alumnes, i suposarà una certa dificultat de comprensió, encara que vagen recolzats per successives experiències que van donar lloc al descobriment de les partícules atòmiques.

L'estudi de l'estructura de la matèria té especial rellevància dins de la Química per a entendre, les característiques químiques dels elements, la seua ordenació en la Taula Periòdica, l'enllaç químic, els canvis químics, la naturalesa elèctrica de la matèria, etc. Per tot això la Teoria Atòmica és fonamental per al desenrotllament de les següents unitats didàctiques.

Així, es pot començar repassant les primeres teories de constitució de la matèria, com la de Leucipo i Demòcrit que sí que consideraven que les substàncies estan formades per àtoms, i posteriorment Aristòtil que creia en l'existència de 4 elements: aire, aigua, terra i foc, als que va afegir el "éter" que ocupava l'espai entre elements. Finalment i amb el desenrotllament científic en el segle XIX, Dalton va emetre la seua teoria atòmica arreplegant les idees de Demòcrit. Per a Introduir la teoria atòmica pot ser convenient observar els fenòmens de difusió de gasos com l'amoníac i clorur d'hidrogen i per als líquids tinta i aigua.

A partir d'ací i gràcies a les experiències de Thomson i Rutherford, es manifesta la supressió de la indivisibilitat dels àtoms, per l'aparició de les partícules atòmiques, amb la qual cosa es desenrotllen els nous models atòmics de Thomson i Rutherford. Resulta xocant per als alumnes el fet de que de l'experiència de Rutherford, es deduïsca que la major part de l'àtom es troba buida. Similituds en què es compara la grandària del nucli amb el de l'àtom deixen veure clarament la magnitud d'esta realitat.

A continuació, s'expliquen les dades que distingixen a un àtom, com el nombre atòmic i màssic i les propietats de les partícules atòmiques i com es troben distribuïdes en l'àtom, podent-se fer una semblança al model planetari, justificant com tots els àtoms d'un element no són idèntics per l'existència d'isòtops. (Es pot incloure com gràcies a l'existència de l'isòtop de C-14, és possible la datació de restes biològiques).

Finalment s'explica com es mesuren la massa dels àtoms incorporant la noció de massa atòmica relativa d'un element, com a necessitat d'introduir una unitat d'acord amb l'orde de magnitud dels àtoms. 

RESUM DE L'ÀTOM

Els filòsofs grecs van discutir molt sobre la naturalesa de la matèria i van concloure que el món era més simple del que pareixia.

En el segle V a. C., Leucipo sostenia que hi havia un només tipus de matèria i pensava que si dividíem la matèria en parts cada vegada més xicotetes, obtindríem un tros que no es podria tallar més. Demòcrit va cridar a estos trossos àtoms ("sin división").

La filosofia atomista de Leucipo i Demòcrit podia resumir-se en:

1.- Els àtoms són eterns, indivisibles, homogenis i invisibles.

2.- Els àtoms es diferencien en la seua forma i grandària.

3.- Les propietats de la matèria varien segons l'agrupament dels àtoms.

No obstant això va ser oblidat fins que el químic anglés J. Dalton va revisar la idea en la seua teoria atòmica. En el s. XIX, gràcies als treballs d'Avogadro, es va començar a distingir entre àtoms i molècules. La visió moderna de la seua estructura interna va tindre que esper.

Activitats d'avaluació.

Les activitats d'avaluació deuen d'anar d'acord amb tots els continguts treballats en classe i, sobretot, amb la intenció de comprovar la consecució dels objectius de la UD.

 El control escrit ha de contindre les activitats següents:

- Realitza tres dibuixos esquemàtics que representen un àtom de beril·li segons els models atòmics de    Dalton, Thomson i Rutherford.

- Per què creus que els científics van començar a pensar que l'àtom era divisible?

- Quines partícules atòmiques aporten pràcticament la totalitat de la massa de l'àtom?

- Realitza un esquema indicant les partícules que formen l'àtom, segons el model de Rutherford, i les     seues característiques i disposició en l'àtom.

 - Completa la taula següent:

Àtom	H	Na	B	Be	Cu
Z	1			4
A	1
Núm. de protons		11
Núm. d'electrons					29
Núm. de neutrons		12	5	5	34
A Z X			10 5 B
Config. Electrónica

- Si els àtoms estan formats per partícules carregades (portes grans i electrons) , per què diem llavors   que són neutres?

- Què són àtoms isòtops? Calcula el nombre de protons, el d'electrons i el de neutrons dels isòtops del    carboni

   _{12       14}

     C   i    C.                                             ₁₈

- Quines partícules hi ha en el nucli del  ₈ O? Quina és la seua configuració electrònica? Quin és el       seu nombre atòmic? I el seu número màssic? I la seua massa atòmica?

- El clor té dos isòtops, el cloro-35 i el cloro-37. Calcula la massa atòmica relativa de l'element clor,    si el primer té una massa atòmica de 34,97 u i una abundància del 75 % i el segon una massa        atòmica de 36,97 u i una abundància del 25 %.

Activitats de desenrotllament de la Unitat.

Partint de situacions quotidianes, sempre que siga possible, o de certes qüestions clau dirigides als alumnes, s'anirà construint el cos de continguts d'esta unitat, per mitjà d'activitats apropiades que es proposen en el llibre durant el desenrotllament dels diferents conceptes, com al final, i també altres propostes directament pel professor.

Així, doncs, s'introduiran primerament els conceptes de discontinuïtat de la matèria, i de les experiències que demostren l'existència de partícules que formen l'àtom, amb la qual cosa esta deixa de ser considerat indivisible. Sorgixen els models atòmics de Thomson i Rutherford, amb activitats com les següents:

- Descriu la teoria atòmica de Dalton.

- Per què el model atòmic de Dalton no explica els fenòmens elèctrics de la matèria?

- Per què la majoria de les partícules alfa podien travessar l'àtom en l'experiment de Rutherford sense    desviar-se?

- Quines són les partícules subatòmiques que componen l'àtom? Com estan disposades en l'àtom i          quina és la seua càrrega elèctrica?

- Quants electrons fan falta per a neutralitzar la càrrega d'un protó? I per a igualar la seua massa?

- Dibuixa un àtom de carboni que té 6 protons, 6 neutrons i 6 electrons, segons el model atòmic de        Rutherford.

Posteriorment s'exposen les característiques dels àtoms: Z i A. Els conceptes d'ions, isòtops i de massa atòmica relativa.

- Definix nombre atòmic, número màssic i isòtop.

- Esbrina quants protons, neutrons i electrons tenen estos àtoms:

                  _{1                  16                37                  23               238}

a                     a)                 ₁ H       b)       ₈ O     c)      ₁₇Cl     d)      ₁₁Na      e)     ₉₂U 

- Tenia raó Dalton quan deia que tots els àtoms e un mateix element són iguals entre si?

- El níquel natural (Z=28) està format per cinc isòtops de números màssics: 58, 60, 61 i 62. Escriu la      notació simbòlica de cada un i indica el seu nombre de protons, neutrons i electrons.

- Quina partícula subatòmica és la que caracteritza i diferència un àtom d'un element d'un altre?

- L'element químic magnesi està format per tres isòtops naturals: Mg 24 de massa atòmica 23,99 u i     78,99 % d'abundància, el Mg 25 de massa atòmica 24,99 u i 10,00 % d'abundància i el Mg 26 de         25,98 u de massa atòmica i 11,01 % d'abundància. Calcula la massa atòmica relativa del magnesi.

- Què és un ió? Quines classes d'ions hi ha?

- En què es transforma un àtom de ferro quan perd dos electrons?

- Completa la taula següent:

    Símbol    A        Nombre de protons       Nombre de neutrons        Nombre d'electrons                              F-         19 

       K+       39

                   79                  34                                                                             36

Teletransportan per primera vegada informació entre dos àtoms

 Carlos Martin | Gener 28, 2009

Un equip de científics del Joint Quantum Institute (JQI), de la Universitat de Maryland i de la Universidad de Michigan, ha aconseguit teletransportar informació entre dos àtoms situats en dos recintes no connectats entre si, i separats per una distància d'un metre.

Este èxit suposa un pas significatiu cap al processament quàntic d'informació, açò és, cap a la creació dels anhelats ordinadors quàntics.

Anteriorment si s'havia aconseguit la teletransportación amb fotons a través de molt llargues distàncies, amb fotons i conjunts d'àtoms, i amb dos àtoms pròxims, amb l'acció intermediària d'un tercer àtom, però mai s'havia proporcionat un mitjà útil d'emmagatzemament i gestió de la informació quàntica a llarga distància.

Segons publica la revista Science els científics informen que, amb el seu mètode, tal transferència d'informació d'àtom a àtom pot recuperar-se amb una exactitud perfecta en un 90% de les vegades.

Els investigadors asseguren que el sistema desenrotllat podria assentar les bases per a un "repetidor cuántico" a gran escala. Un repetidor quàntic permetria entrellaçar les memòries quàntiques a través de vastes distàncies.

Tots estos passos resulten essencials per al desenrotllament d'un nou concepte d'informació basat en la naturalesa quàntica de les partícules elementals, que promet arribar a obrir increïbles possibilitats al processament de dades. Els especialistes vaticinen la realitat quàntica arribarà a revolucionar el món de la informació.

Milers de milions de partícules d'antimatèria creades en un laboratori

Carlos Martin | Novembre 18, 2008

Un equip d'investigadors ha aconseguit disparant un làser a través d'una mostra d'or obtindre més de 100 milions de partícules d'antimatèria o positrons.

Esta nova capacitat de crear un gran nombre depositrones en un xicotet laboratori obri la porta a unes quantes vies d'investigació, incloent una comprensió de la física subjacent a diversos fenòmens astrofísicos com ara els forats negre i els rajos gamma.

Els investigadors van utilitzar un curt però intens ultralàser per a irradiar-ho en un mil·límetre de grossària d'or blanc observant com els electrons interactuaven amb els nuclis d'or servint de catalizdor per a crear positrons. Els electrons emeten paquets d'energia que es desintegra en matèria i antimatèria, tal com va predir Einstein amb la seua famosa equació que relaciona la matèria i l'energia. Al concentrar l'energia en l'espai i el temps, el làser produïx positrons més ràpidament i en major densitat que mai abans en un laboratori. "Mediante la creació d'este gran antimatèria, podem estudiar en més detall si l'antimatèria és realment com creiem i potser obtindre més pistes de per què l'univers que veiem té més matèria que anti- materia", van assegurar els investigadors, visiblement emocionats davant d'este descobriment.

Aconseguixen observar àtoms sense destruir-los per primera vegada

JOSÉ MANUEL NIEVESABC_CIENCIA / MADRID Dia 06/05/2013 - 10.11h

 Investigadors espanyols han provat esta revolucionària tècnica que podrà ajudar a avançar en el coneixement de l'origen de l'Univers.

Com observar un àtom sense que este quede destruït en el procés? Un grup d'investigadors de l'Institut de Ciències Fotónicas (ICFO), amb seu a Castelldefels (Barcelona), acaba de presentar en la revista Nature Photonics una nova i revolucionària tècnica que permetrà precisament això, observar àtoms individuals sense necessitat de destruir-los. Els beneficis d'este nou mètode es deixaran notar en els més variats camps de la Ciència.

Aprofundir en el coneixement del cervell humà, comprendre l'instant en què es va originar l'Univers, detectar ones gravitacionals o millorar la precisió dels sistemes GPS són tasques extremadament difícils i que requerixen de l'habilitat de visualitzar elements extremadament fràgils i que, fins al moment, resultaven irremeiablement danyats per qualsevol intent d'observar-los. El mer fet de l'observació d'un àtom, en efecte, implica enviar contra ell altres partícules (normalment fotons) que inevitablement alteren la seua estructura per sempre. És com si per a observar un cotxe en moviment no tinguérem un altre mitjà que llançar contra ell un altre vehicle i mesurar els efectes de la col·lisió. Ara, no obstant això, i gràcies a la física quàntica, un equip de científics ha trobat una solució al problema.

En un article acabat de publicar en Nature Photonics, en efecte, un grup d'investigadors de l'Institut de Ciències Fotónicas assegura haver sigut capaç d'observar un cos extremadament fràgil i volàtil gràcies a una nova tècnica no invasiva i que promet canviar els mètodes d'observació actuals. Liderats per Morgan Mitchell, els investigadors van aplicar la tècnica, cridade “mesurament quàntic sense demolición" a un núvol d'àtoms. I van ser capaços d'observar el "spin" dels electrons d'eixos àtoms sense danyar a cap d'ells en el procés. Es tracta de la primera vegada que es posa en pràctica amb èxit esta tècnica sobre un objecte material. El mateix mètode podria estendre's per a permetre, també, l'observació d'àtoms individuals.

Més enllà del límit quàntic

En el seu experiment, els científics van preparar diversos polsos de llum amb fotons que es trobaven en estats complementaris (una propietat quàntica de les partícules), i després van enviar eixos polsos a través del núvol d'àtoms. "Una primera mesura - explica Robert Sewell, investigador de l'ICFO- va reflectir l'acció del primer dels polsos. La segona mesura, duta a terme amb fotons que estaven en estats complementaris respecte als primers, va esborrar els efectes de la mesura anterior, permetent-nos observar les característiques originals de l'objeto". El nou procediment va permetre als investigadors obtindre informació precisa sobre el camp magnètic al voltant dels àtoms observats.

La informació obtinguda durant l'experiment supera amb escreix el cridat "límite quàntic estandar", que quantifica la màxima quantitat d'informació que es pot extraure per mitjà de qualsevol altre mètode tradicional d'observació. "El experiment -afig Sewell- constituïx una prova rigorosa de l'efectivitat de la física quàntica a l'hora de mesurar objectes delicados"